Estudo físico-químico da atividade fungicida de derivados anfifílicos de quitosana contra fungos do gênero Aspergillus : interação com modelos de membranas

Abstract

In this work is described the synthesis, characterization and study of antimicrobial properties of amphiphilic derivatives of chitosan against Aspergillus flavus. Deacetylated chitosan was obtained from the heterogeneous deacetylation of the commercial chitosan. The degree of deacetylation was determined by Hydrogen Nuclear Magnetic Resonance and the result was 97.3%. Molecular weights of commercial and deacetylated chitosans were determined by gel permeation chromatography and the obtained values were 338.46 kDa and 137.12 kDa, respectively. The hydrophobic derivatives were synthesized by a reductive amination reaction with dodecylaldehyde followed by reduction with sodium cyanoborohydride. Next increasing proportions of the quaternary group pentyltrimethylammonium was inserted on hydrophobic derivative. The degrees of substitution by dodecyl (4.0%) and pentyltrimethylammonium groups (4.8, 12.7 and 46.3%) were determined by Hydrogen Nuclear Magnetic Resonance. All synthesized derivatives were tested in vitro against Aspergillus flavus at increasing concentrations. The results showed that the modified derivatives with pentyltrimethylamonnium and dodecyl groups are more effective in inhibiting the growth of the fungus Aspergillus flavus when compared to deacetylated chitosan and the presence of hydrophobic groups in the polymer chain provides a stronger interaction with the cell membrane. The results of studies with model membranes agreed with the results of microbiological tests, showing that the presence of hydrophobic groups in chitosan backbone increases the interaction with lipid vesicles resulting in an increase in vesicles diameter and zeta potential. At first, it can be postulated that the mechanism of chitosan action against fungi is favored by hydrophobic interactions between chitosan derivatives and membrane lipids and may involve the adsorption on the cell wall and cell membrane disruption...

O presente trabalho descreve a síntese, caracterização e estudo das propriedades antimicrobianas de derivados anfifílicos de quitosana contra o fungo Aspergillus flavus. A quitosana utilizada nas sínteses foi obtida a partir da reação de desacetilação heterogênea de quitosana comercial. O grau médio de desacetilação foi determinado por Ressonância Magnética Nuclear de Hidrogênio, cujo resultado foi de 97,3%. As massas moleculares das quitosanas comercial e desacetilada foram determinadas por cromatografia de permeação em gel e os resultados obtidos foram 338,46 kDa e 137,12 kDa, respectivamente. Os derivados anfifílicos foram sintetizados em um processo de duas etapas: inicialmente realizou-se a alquilação da quitosana desacetilada pela inserção de uma proporção fixa de grupos dodecila (4%) na cadeia polimérica com posterior redução da base de Schiff empregando-se borocianohidreto de sódio. Em seguida foram inseridas proporções crescentes do grupo quaternário pentiltrimetilamônio. Os graus de substituição com grupos dodecila (GSDD) e grupos pentiltrimetilamônio (GDPE) foram determinados por RMN de 1H. O GSDD obtido foi de 4,0%, enquanto que os GDPE foram de 4,8; 12,7 e 46,3%. Todos os derivados sintetizados foram testados in vitro contra o fungo Aspergillus flavus em concentrações crescentes. Os ensaios microbiológicos mostraram que os derivados modificados com grupos dodecila e pentiltrimetilamônio são mais eficientes em inibir o crescimento do fungo Aspergillus flavus quando comparado à quitosana desacetilada e que a presença de grupos hidrofóbicos na cadeia do polímero proporciona uma interação mais forte com a membrana celular. Os resultados dos estudos utilizando modelos de membranas corroboraram com os dos ensaios microbiológicos, evidenciando que a presença de grupos dodecila na cadeia da quitosana aumenta a interação com as vesículas, resultando em...